close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Исследование и обоснование параметров универсального бороздонарезчика для промышленного садоводства

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Ибраев Адиль Серикович
ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ
УНИВЕРСАЛЬНОГО БОРОЗДОНАРЕЗЧИКА
ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО САДОВОДСТВА
Специальность: 05.20.01 – Технологии и средства
механизации сельского хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Мичуринск-наукоград РФ
2018
Работа выполнена на кафедре технологических процессов и техносферной безопасности федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Мичуринский государственный аграрный университете»(ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ).
Научный руководитель:
Официальные
оппоненты:
доктор технических наук, профессор,
академик РАН Завражнов Анатолий Иванович
Утков Юрий Андреевич,
доктор технических наук, профессор, член-корреспондент
РАН, заслуженный деятель науки Российской Федерации,
ФГБНУ «Всероссийский селекционно-технологический
институт садоводства и питомниководства», главный научный
сотрудник
Хорт Дмитрий Олегович,
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, ФГБНУ
«Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»,
ведущий научный сотрудник, отдел технологий и машин
для садоводства, виноградарства и питомниководства,
заведующий
Ведущая организация:
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение
«Российский научно-исследовательский институт
информации и технико-экономических исследований
по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного
комплекса» (ФГБНУ «Росинформагротех»)
Защита диссертации состоится 26 декабря 2018 г. в 14.00 часов на заседании объединенного диссертационного совета Д 999.179.03, созданного на базе ФГБОУ ВО «Мичуринский государственный аграрный университет», ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный
технический университет», ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт
использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве» по адресу: 393760, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, д. 101, корпус 1, зал заседаний диссертационных советов, тел./факс (47545) 9-44-12, e-mail: dissov@mgau.ru.
С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «Мичуринский государственный аграрный университет» и на сайте www.mgau.ru, с авторефератом – на сайте Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации www.vak.ed.gov.ru.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, с указанием индекса, почтового адреса, телефона, электронной почты и сайта организации, фамилии, имени, отчества лица, подготовившего отзыв, просим направлять ученому
секретарю диссертационного совета.
Автореферат разослан «____» ноября 2018 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
кандидат технических наук, доцент
Н.В. Михеев
2
ОБЩАЯ ХАРАКТИРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. Одним из важнейших элементов технологии
садоводства является посадка подвоев при работе в питомниках и посадка саженцев при
организации сада. Анализ удельных трудоемкостей выполнения технологических процессов
в питомниководстве показал, преобладание ручного труда практически на всех этапах производства посадочного материала, что по существу является значительным резервом для повышения эффективности функционирования отрасли за счет внедрения современного технико-технологического и инженерного обеспечения. Такая же ситуация складывается и при организации нового сада в процессе посадки саженцев. При этом внедрение новых технологий
(например, переход от копки ям для каждого саженца, которых для интенсивного сада нужно
более 1200 на гектар, к посадке в заранее приготовленные траншеи) требует и новых инженерных решений.
При создании садов немаловажное значение имеет размещение саженцев.
Существуют несколько методов размещения деревьев – прямоугольный; шахматный;
полоса с деревьями; контурный. Саженцы рекомендуется располагать между собой на
расстоянии 1,0-6,0 м в зависимости от типа сада.
Таким образом для посадки подвоев и саженцев требуется большое количество ям –
от 800 и выше. При переходе к интенсивному садоводству количество растений на 1 га значительно увеличивается, что требует соответствующего увеличения количества ям.
Разбивка мест посадки подвоев в питомниках и саженцев в саду и копка траншей и ям
является одной из основных операций при посадке сада и имеет довольно большую трудоемкость. На данный момент существует наиболее прогрессивный метод – посадка саженцев в
предварительно нарезанные борозды. Актуальность этой технологии заключается в том, что
специальной машиной – бороздонарезчиком, нарезаются борозды необходимой ширины и
глубины. Процесс имеет непрерывный характер. Ширина междурядий определяется принятой технологией, а расстояние между саженцами – также технологией, но с учетом зависимости от интенсивности и породного состава деревьев.
Следует отметить, что данная технология недостаточно изучена. Существует большое
количество машин сельскохозяйственного, лесопосадочного и строительного назначения,
способные создавать борозды (траншеи), но они не отвечают агротехническим требованиям
предъявляемые к посадке плодовых саженцев и подвоев. Следовательно, возникает необходимость в разработке специализированной машины – бороздонарезчика. А также возникает
вопрос о выборе типа рабочего органа, так как он должен обеспечивать создание борозды с
разными размерными характеристиками.
Степень разработанности темы. Проблемами совершенствования технологий применяемых в садоводстве занимались ученые Вавилов Н.И., Будаговский В.И., Вигоров Л.Н.,
Ефремов И.А., Чижов С.Т., Черненко С.Ф., Исаев С.И., Черненко Е.С., Лисавенко М.А. и др.
Разработкой технологий и машин для садоводства занимались: Аниферов Ф. Е., Ерошенко Л. И., Теплинский И. 3., Шомахов Л.А., Шекихачев Ю.А., Балкаров Р.А., Цымбал
А.А., Хажметов Л.М., Губжоков Х.Л., Бекалдиев P.P. , Эркенов А.Н., Аушев М.Х., Гергокаев
Д.А. Атласкиров А.М., Балкаров Р.А., Сенов Х.М., Твердохлебов С.А., Завражнов А.И., Завражнов А.А., Ланцев В.Ю., Манаенков К.А., Федоренко В.Ф., Утков Ю.А., Герасимов Н.И.,
Жилицкий Я.З., Хорт Д.О., Лосев И.П. и др. [3,5-8,43]
Однако накопленный опыт создания машин для нарезки борозд разрознен, нет четких
закономерностей взаимосвязи между качественными показателями работы, технологическими условиями и параметрами рабочих органов, что не позволяет считать их адаптированными к современной технологии. Учеными В.И. Горячкиным, Г.Н. Синеоковым, И.М. Пановым, А.И. Ветохиным и др. разработаны рекомендации по обработке почвы, в частности
фрезерования, однако предлагаемые ими рабочие органы не позволяют регулировать ширину
нарезаемой борозды, их качество не совсем отвечают агротехническим требованиям, в т.ч.
возможности прикапывания подвоев и корневой системы саженцев.
3
Этот круг вопросов связан с повышением эффективности и качества использования
садоводческих машин, что позволит снизить трудоемкость на этапе посадки саженцев и подвоев, и в целом снизить энергоемкость развития отрасли садоводства.
Цель и задачи исследования.
Целью работы является совершенствование технологии нарезки посадочных борозд в
промышленном садоводстве за счет разработки универсального технического средства.
Для достижения поставленной цели работы необходимо решить следующие задачи:
 разработать концептуальную модель технического средства с фрезерным рабочим
органом;
 провести теоретические и экспериментальные исследования и обосновать
параметры технического средства;
 подтвердить схождение результатов теоретического исследования и моделирования путем проведения эксперимента;
 разработать технико-технологические требования для технического средства –
бороздонарезчика.
Объект исследования – технологический процесс нарезания борозд для посадки разных видов садоводческих культур.
Предмет исследования – закономерности взаимодействия активного рабочего органа
бороздонарезчика с почвой.
Научную новизну работы составляют:
 конструктивно-технологическая схема устройства активного рабочего органа фрезерного типа, имеющего возможность изменять угол установки относительно оси вращения;
 применение методов моделирования при исследовании процесса взаимодействия
рабочих органов технического средства с почвой;
 зависимости, позволяющие обосновать параметры рабочего органа бороздонарезчика.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты теоретических исследований являются базой для совершенствования процесса посадки садовых культур,
обоснования конструктивных параметров рабочего органа фрезерного типа, имеющего возможность изменять угол установки относительно оси вращения.
Разработаны технико-технологические требования на универсальную машину с фрезерным рабочим органом, имеющего возможность изменять угол установки относительно оси вращения, для нарезки борозд под посадку саженцев плодовых культур и ягодных кустарников.
Полученные результаты исследования и разработок рекомендуются для широкого использования в садоводческих хозяйствах, дальнейшего совершенствования конструкции машин данного типа и для применения в учебном процессе при подготовке специалистов сельскохозяйственного направления.
Методология и методы исследования. Решение комплекса задач для достижения
поставленной цели проводилось на основании известных законов математического анализа,
теоретической механики, механики почв, планирования экспериментов. Также были использованы методы виртуального моделирования. Компьютерное моделирование проводили в
программе Solid Works на платформе Windows 10.
Экспериментальные исследования проводились в полевых условиях в соответствии с
действующими стандартами, существующими и разработанными методиками.
Обработка результатов экспериментальных исследований проводилась методами математической статистики, при использовании вычислительной техники и программ
«MathCad», «Microsoft Exсel».
Положения выносимые на защиту:
 более совершенная технология посадки садовых культур;
 конструктивно-технологическая схема и экспериментальный образец универсального бороздонарезчика для посадки саженцев, подвоев и ягодных кустарников, с рабочим
органом фрезерного типа, имеющего возможность изменять угол установки относительно
оси вращения;
4
 теоретические зависимости для определения параметров и режимов работы рабочего органа универсального бороздонарезчика;
 основные параметры универсального бороздонарезчика для промышленного садоводства, с изменяемым углом установки фрезерного рабочего органа, относительно оси
вращения.
Личный вклад автора. Автором проведен анализ состояния вопроса, результатом
которого стала постановка целей и задач исследований. Проведены теоретические и экспериментальные исследования предлагаемого бороздонарезчика. Определены конструктивнорежимные параметры рабочего органа, проведена обработка результатов экспериментальных
исследований. Проведены производственные испытания и анализ полученных результатов
для дальнейшего совершенствования технического средства.
Степень достоверности и апробация результатов.
Экспериментальные исследования проведены в соответствии с существующими и
разработанными методиками, с достаточным количеством опытов, чем подтверждается достоверность полученных результатов. Результаты проведенных опытов имеют достаточную
сходимость с теоретическими исследованиями. Полученные результаты исследований совпадают с данными, опубликованных в научных изданиях другими авторами по данной тематике.
Основные материалы диссертации доложены и одобрены:
 на заседаниях Ученого Совета инженерного института ФГБОУ ВО «Мичуринский государственный аграрный университет» (2017…2018 гг.);
 на научно – практических и международных научных конференциях Мичуринского государственного аграрного университета (2016…2018 гг.), Тамбовский государственный технический университет (2018 г.), Западно-Казахстанского аграрно-технического университета имени Жангир хана, Уральск, Казахстан (2016 г.), РУП «НПЦ НАН Беларуси по
механизации сельского хозяйства, Минск, Беларусь (2017), Modern scientific potential, Шеффилд, Англия (2018 г.);
 на конференциях и совещаниях «День садовода–2017 г.» и «День садовода–2018 г.»
(г. Мичуринск), «Золотая осень–2017 г.» (г. Москва).
 предлагаемая экспериментальная модель бороздонарезчика продемонстрирована
на 12-ой и 13-ой Всероссийских выстаках «День садовода-2017» и «День садовода-2018».
 данная модель бороздонарезчика для нарезания борозд на Российской
агропромышленной выставке «Золотая осень-2017» Министерством сельского хозяйства
Российской Федерации отмечена дипломом и серебряной медалью.
 Конструкция универсального бороздонарезчика прошла производственные испытания в хозяйствах МУСП Чишминский плодопитомнический совхоз, ООО «Сады Де Болье», СХПК «Племзавод Майский», ООО «Торговый дом «Кедр».
Соответствие диссертационной работы паспорту научной специальности. Диссертационная работа соответствует паспорту специальности 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства, пункту 6 – Исследование условий функционирования
сельскохозяйственных и мелиоративных машин, агрегатов, отдельных рабочих органов и
других средств механизации технологических процессов в сельскохозяйственном производстве, вт.ч. с применением альтернативных видов топлива.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 14 печатных работах, общим объемом 4,01 печ. л., в т.ч. 3 работы в изданиях, рекомендованных перечнем
ВАК. Лично автору принадлежит 1,53 печ. л. Подана заявка на полезную модель бороздонарезчика №2018119868 от 29.05.2018 г.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения,
шести разделов, заключения и списка литературы, включающего 123 источника наименований и 7 приложений. Работа изложена на 134 страницах, содержит 46 рисуноков, и 20 таблиц.
5
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение включает следующие основные структурные элементы: актуальность темы
исследования, степень еѐ разработанности, цель и задачи, научную новизну, теоретическую и
практическую значимость, методологию и методы исследования, положения, выносимые на
защиту, степень достоверности и апробацию результатов.
В первой главе «Обзор и анализ техники и технологий» проведен обзор и анализ
техники и технологий для посадки растений в промышленном садоводстве, обустройства
борозд в полеводстве и мелиорации. Проведен обзор исследований процесса взаимодействия
рабочих органов бороздонарезчиков с почвой.
При посадке черенков, сеянцев, саженцев плодовых и ягодных культур наибольшее
распространение получили технологии:
 прямой посадки;
 технологии с предварительным обустройством посадочных мест (ям, щелей, борозд, канав).
В обоих случаях использования технологий посадки проводится предварительная
маркировка мест посадки путем нарезания разметочных борозд пропашными культиваторами типа КРН-4,2/5,6 или фиксацией первого прохода посадочного агрегата лазерными теодолитами. После посадки и фиксации растений используют загортачи для заделки корневой
системы и прикатывающие приспособления для уплотнения места посадки.
В случае использования посадочных машин технологические модули для формирования борозд находятся в составе посадочных машин. Следует отметить, что при огромном
разнообразии зарубежного технического оснащения индустриальной технологии закладки
промышленных маточников, питомников, садов и ягодников эффективных отечественных
машин практически нет.
Бороздоделательные машины, используемые в лесном хозяйстве и в промышленности, не могут в полной мере обеспечить создание борозды с геометрическими характеристиками, отвечающими агротехническим требованиям для посадки саженцев и подвоев садовых
культур.
Рассмотрев конструкции машин для создания борозд и щелей и проанализировав взаимодействие рабочих органов с почвой применительно к технологии посадки садовых культур, можно отметить, что проектируемый бороздонарезчик должен быть оснащен рабочим
органом который отвечает следующим требованиям:
 рабочий орган должен быть активным, т.е. ротор или фреза, с приводом от ВОМ
трактора;
 вращение рабочего органа должно осуществляться против поступательного
движения тягача;
 рабочий орган должен иметь возможность регулирования параметров борозд, и в
первую очередь за счет изменения угла установки относительно оси вращения.
На основании аналитического обзора отечественных и зарубежных технологий и
техники по рассматриваемой проблеме, в данной главе сформулированы задачи
исследования.
Во второй главе «Теоретические исследования машины для создания борозд»
предлагается принципиальная схема (концепт) рабочего органа машины для нарезания борозд (рисунок 1).
Бороздонарезчик имеет несущую раму и активный рабочий орган – плоский фрезерный диск 1 с закрепленными на нем режущими элементами 2, имеющий возможность установки под разными углами к оси вращения при помощи устройства для регулирования угла
установки рабочего органа 3. На рисунке 2.1. в поз. I показан рабочий орган, установленный
под углом α= 90° к оси вращения, при этом ширина борозды минимальная (Bmin). В поз. II
рабочий орган установлен под углом α<90°, что позволяет увеличить ширину борозды (Bmax).
6
Рисунок 1 – Принципиальная схема (концепт)
рабочего органа бороздонарезчика.
При анализе полезной модели на соответствие критерию «новизна» выявлено, что
часть признаков заявленной совокупности являются новыми (плоский фрезерный диск с закрепленными на нем режущими элементами и имеющий возможность наклона в поперечной
плоскости) и, следовательно, техническое решение соответствует критериям «новизна».
Заявленное техническое решение позволяет повысить эффективность, качество процесса, сделать бороздонарезчик универсальным.
Следовательно, заявленное техническое решение привлекательно для потребителя и
может быть тиражировано, что соответствует критерию «промышленная применимость».
Формирование технического облика проводилось путем геометрического 2-3Dмоделирования в графическом редакторе (системе) КОМПАС-3D V15.1.
Результаты 2-3D-моделирования представлены на рисунке 2.
а)
б)
Рисунок 2 – Технический облик бороздонарезчика:
а – бороздонарезчик в транспортном положении в агрегате с трактором типа МТЗ-82;
б – бороздонарезчик в рабочем положении при установке фрезерного диска  = 80
Консольное расположение рабочего органа позволяет легко регулировать угол установки и обходить предварительно установленные шпалеры при закладке интенсивного сада.
Далее были проведены кинематические исследования рабочего органа.
Основным критерием работоспособности машины для формирования борозд является
обеспечение формы борозды, перенос почвы на поверхность к краю борозды и обеспечение
определенной степени крошения почвы.
При фрезеровании почва из массива извлекается всей рабочей длиной ножа и почвенные частицы, поступившие на поверхность ножа, движутся по нему до схода. По мере схода
частиц с ножа на освободившееся место поступают частицы, находящиеся дальше от конца
ножа и ближе к центру вращения фрезы.
7
Общая методика определения параметров фрезерных рабочих органов приведена в
трудах академика В.П. Горячкина, профессоров М.Н. Летошнева, В.Г. Турбина, Г.Е. Листопада, А.Н. Семѐнова, Е.С. Босого и других авторов работ по механизации сельскохозяйственного производства и теории сельскохозяйственных машин.
В работах многих исследователей отмечаются преимущества обратного фрезерования
почвы (вращение барабана «снизу-вверх»), за счет более устойчивого движения барабана,
меньшой гребнистости дна, большей производительности и позволяющее образовывать земляной валок перед рабочим органом, т.е. осуществлять вынос почвы.
В связи с этим нами предложена установка ножа на фрезерном диске под углом β,
имеющего возможность наклона рабочего органа к оси вращения под углом α с вращением
«снизу-вверх», что позволит перемещать почву из борозды не перед рабочим органом, а в
сторону и исключит засыпание борозды.
Исследованиями Ю.И. Матяшина, И.М. Гринчука, А.А. Емельянова и др. установлено, что при направлении вращения ножевого барабана «снизу-вверх» (противоположно
направлению вращения колес трактора) траекторией движения точки ножа является удлиненная циклоида (трохоида).
Абсолютная скорость любой точки ножа представляет собой геометрическую сумму
окружной vкр и поступательной vп скоростей.
Проекции скорости на оси координат могут быть выражены параметрическими уравнениями:

v х  vпост  vокр cos 


v z  vокр sin 
,
(1)
где vпост – поступательная скорость машины, м/с;
vокр – окружная скорость, м/с;
 – угол поворота ножевого барабана, град.
(
)
√
(2)
Скорость движения частицы по ножу позволит определить направления ее движения
по поверхности ножа и после схода.
Теоретические исследования движения частицы почвы после схода с ножа.
Для математического моделирования процесса схода частицы с ножа необходимо
определить относительное движение почвы по ножу и полет частицы после схода.
Относительное движение частицы по ножу.
Составим уравнения движения материальной точки М в неинерциальной системе координат Х*ОZ* (рисунок 3), которая совершает переносное движение по отношению к инерциальной системе XOZ, прибавляя к активным силам и реакции связи.
Рисунок 3 – Движение частицы по ножу
Составим дифференциальное уравнение движения точки по ножу:
8
md 2 x1
  Fkx ,
dt 2
(3)
где m – масса частицы, кг;
 Fkx – сумма проекций сил F – центробежной, Р – веса частицы, и Т – трения, действующих на частицу,
D
 m 2 cos   mg cos   fN ,
F
kx *
p
2
(4)
где  – угловая скорость вращения ножевого барабана, с-1;
g – ускорение силы тяжести при свободном падении, м/с2;
f – коэффициент трения частицы о рабочую поверхность ножа. f 
Fтр
N – нормальная сила, действующая со стороны ножа на частицу, Н;

N
;

N  F sin   P sin  t /   ,
(5)
/
где t – текущее время от положения полного заглубления ножевого барабана, с,
t/=t+tсх,
где t – время поворота радиуса ножевого барабана от положения полного заглубления до полного выхода из слоя, с;
tсх – время нахождения частицы на ноже с момента его полного выхода, с.
D/2=Rб-h – расстояние от оси вращения, определяющее положение частицы на ноже, м;
Rб – радиус ножевого барабана по концам ножей, м;
h – глубина обработки, м;
 – угол отклонения рабочей поверхности ножа от радиального направления, град.
После подстановок и преобразований уравнение (3) можно представить в виде:
(

)
g[
)
(
 )]
(
Интегрируя дважды это выражение, определим путь, пройденный частицей.
Тогда путь, пройденный точкой на ноже,
x1 

g

g
2
 f sint      cost    
(sin   f cos  )t  
g
2
2
D(cos   f sin  )t  2
4

.
(6)
cos   sin  
Если величина x* окажется больше длины рабочей поверхности ножа lн, то почвенная
частица будет отброшена в зону перед ножевым барабаном. В этом случае время схода tсх
определяется условием x*=h или
 2 D(cos  f sin  )t сх2
g
lн  2  f sin t сх     cost сх  


4
(7)
g
g
 (sin   f cos )t сх  2 (cos  f sin  ),


2lн
.
(8)
D
cos  f sin    2   g
 2
Частица М, поступившая на рабочую поверхность ножа, сойдет с нее через время tсх.
Таким образом, направление скорости частицы в момент схода с ножа определяется
углом сх, который относительно системы координат XOZ будет равен (рис.2.3):
 сх   t  tсх    д ,
(9)
tсх 


где д – угол трения частиц о рабочую поверхность ножа, град.
При этом угол поворота ножевого барабана от низшей точки трохоиды до положения
9
 D 
.
 2 Rб 
выглубления t  arccos 
С учетом сказанного выражение (2.23) примет вид:

2 Rб  D
h
(10)
 arccos1      д .
 2 D  
 Rб 
  2   g cos  f sin  
   
Движение частицы почвы после схода с ножа.
Движение частицы после схода с ножа рассмотрим как, брошенного тела под углом к
горизонту и характеризующегося следующими уравнениями :
 сх  
- дальностью полета
- высотой полета
l max 
H max 
2
v окр
sin(2 сх )
g
2
v окр
sin 2  сх
2g
,
(11)
.
(12)
С учетом высоты подъема частицы до схода с ножа уравнения примут вид:
- дальность полета
- высота полета
lпч 
H пч 
2
v окр
sin(2 сх )
g
2
v окр
sin 2  сх
2g
 Rб cos  сх ,
 Rб (1  cos  сх )  h .
(13)
(14)
Анализируя формулы (13) и (14), мы видим, что основными параметрами, влияющими
на данные показатели, являются угол схода частицы с ножа и угловая скорость ротора.
Исследования рабочего органа бороздонарезчика проводились в модуле APM Studio
обеспечивающего проектирование объекта в трехмерном пространстве с использованием
функций поверхностного и твердотельного моделирования. Программа позволила составить
модуль в режиме конечно-элементного анализа, что необходимо для прочностных расчетов и
получения картины напряженно-деформированного состояния конструкции.
В основе этого метода лежит представление объекта исследования в виде набора некоторых простых с геометрической точки зрения фигур, называемых конечными элементами, взаимодействующими между собой только в узлах. Расположенные определенным образом (в зависимости от конструкции объекта) и закрепленные в соответствии с граничными
условиями конечные элементы, форма которых определяется особенностями моделируемого
объекта, позволяют описать рабочий орган бороздонарезчика.
Рабочий орган бороздонарезчика был представлен в виде совокупности элементарных
пирамид (рисунок 4). Исследования рабочего органа позволили решать задачи расчета
напряженного и деформированного состояний тела.
Перемещение ножа фрезы в пространстве является сложным движением. Причем при
установке фрезы 900, ножи двигаются по одним и тем же траекториям. При установке фрезы
под углами 850 и 800 каждый нож начинает перемещаться по своей траектории. Т.е. одновременно с изменением угла установки фрезы, изменяется и угол установки ножа, причем у
каждого ножа этот угол индивидуален. Определение оптимального угла установки ножа, с
помощью выше приведенных формул не представляется возможным.
Поэтому определение оптимального угла установки ножа проводилось с помощью
имитационного моделирования. Движение угла в пространстве представлено на рисунке 5.
По результатам исследований оптимальным углом установки ножа является угол в
пределах 200-300. Угол между плоскостью изгиба ножа и плоскостью УОХ составляет 23 0,
т.е. условие соблюдается. При рассмотрении углов установки ножей фрезы, возникает
вопрос о смятии пласта почвы задней фаской ножа. Для этого проводился имитационный
эксперимент с целью исследования углов установки ножей (таблица 1).
10
Рисунок 4 – Фрагменты исследования
рабочего органа бороздонарезчика
в модуле APM Studio
Рисунок 5 – Движение ножа фрезы в
пространстве
Таблица 1 – Разница углов расположения передней и задней фаски ножа.
Угол поворота ножа
00
600
Правый нож
80
80
Угол установки фрезы 900
0
Левый нож
8
80
Правый нож
80
60
Угол установки фрезы 850
0
Левый нож
8
100
Правый нож
90
30
Угол установки фрезы 800
0
Левый нож
9
150
1200
80
80
50
90
10
230
1800
80
80
70
70
60
60
Данные таблицы 1 показывают, что разница углов передней и задней фаски ножа в
разных положениях имеет положительный характер. Это доказывает то, что форма и угол
установки ножей находятся в допустимых пределах, позволяющих производить обработку
почвы. Кроме того, отмечается отсутствие смятия пласта почвы задней фаской.
Компьютерное моделирование проводили с помощью пакета прикладных программ
Solid Works, Компас и AutoCad на платформе Windows 10.
Для теоретических исследований работоспособности предложенной конструкции рабочего органа, была создана схематическая 3D модель бороздонарезчика, способная совершать поступательные и вращательные движения.
На стадии проектирования были приняты следующие параметры, установленные на
основании поисковых опытов: диаметр фрезерного диска
мм ; обороты вращения
n=120 об/мин; поступательная скорость пост
1м/сек. Данные показатели заложены в
модель и с помощью программы Solid Works, была определена величина результирующей
скорости ножа х вращения фрезы, одновременно с этим были определены горизонтальные
составляющие на оси Х и Y.
Анализ движения частиц почвы показал, что значительное влияние на показатели
траекторий частиц оказывает угол наклона диска фрезы, обороты диска и угол установки
ножей. В результате проведенных опытов и анализа исследований других авторов
установлено, что для нарезки траншей в почве сельскохозяйственного назначения наиболее
целесоообразно устанавливать ножи под углом 20-25 град. На этом основании при
дальнейшем моделировании примем эту величину постоянной. При диаметре фрезы 1500 мм
и при угле установки 800 ширина борозды будет 490 мм, что вполне достаточно для посадки
растений с любой корневой системой. Угол установки фрезерного диска изменяется в
пределах от 90 до 80 градусов. При этом изменялся и «эффективный диаметр» фрезы
(диаметр окружности точки ножа наиболее удаленной от оси вращения).
Моделирование рабочего органа бороздонарезчика в 2D-формате показало, что при
изменении угла поворота фрезерного диска от 90 до 80 при установочной глубине 0,3 м
ширина борозды изменяется от 0,11 м до 0,49 м, а глубина борозды уменьшается на 0,019 м,
что не нарушает технико-технологические требования.
11
При вращении фрезы почва выбрасывается вверх, отбрасывается назад от трактора и
вбок от траншеи. Наибольшее значение для технологии имеют траектории частиц почвы в
стороны от оси траншеи, т.к. важно, чтобы в процесссе обработки траншея не засыпалась, а
разброс по сторонам был минимальным для последующего удобства при засыпании
корневой массы.
В результате моделирования процессов установлено, что траектория движения в
проекциях на плоскости XZ и YZ имеют форму параболы с различными ее характеристиками.
На рисунке 6 и в таблице 2 представлены результаты имитационного моделирования
разброса почвы в плоскости YZ в зависимости от угла наклона фрезерного диска
Рисунок 6 – Схема разброса почвы:
1 – основной массив почвы; 2 – почва, вынесенная на поверхность;
3 – почва, осыпавшаяся с боков борозды.
Таблица 2 – Результаты исследования траекторий полета частиц почвы в зависимости от
скорости вращения рабочего органа.
100 об/мин
120 об/мин
140 об/мин
Угол установки
Сmin, мм Сmaх, мм Сmin, мм Сmaх, мм Сmin, мм Сmaх, мм
900
55
575
55
800
55
984
0
85
80
634
80
820
80
1067
800
245
744
245
820
245
1048
Таким образом, на основании теоретических исследований можно рекомендовать
следующие параметры и режимы работы фрезерного бороздонарезчика:
1. с целью лучшей очистки дна борозды борозды и создания более ровной его
поверхности целесообразно, чтобы фреза работала по принципу снизу-вверх;
2. для создания траншеи для посадки растений разного возраста и с различной
структурой корневой системы ширина траншеи может меняться в пределах от 0,1 до 0,5 м. С
этой целью угол наклона диска фрезерного барабана должен изменяться в пределах от 90 до
80 градусов;
3. при изменении угла наклона фрезы изменяется эффективный диаметр фрезы. При
диаметре 1500 мм и максимальном наклоне 800 «эффективный диаметр» фрезы уменьшается
на 38 мм.
4. траектория движения частиц почвы приближается к параболе. Максимальный
разброс почвы от плоскости вращения фрезы достигает 110 мм., что вызывает
необходимость установки специальных ограждающих щитков.
В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» приводится методика проведения экспериментальных исследований (рисунок 7).
Предложенные автором технология и техническое средство для нарезания борозд под
посадку садовых культур было создано и реализовано на базе ФГБНУ «Федеральный научный центр им. И.В. Мичурина» (Мичуринск – Наукоград РФ).
12
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Проведение
имитационного
моделирования
Исследования
взаимодействия
рабочих органов
бороздонарезчика с
почвой
Определение
профиля борозды
Определение
фрактальных
характеристик
почвы
Разработка ТТТ на
техническое средство
Изготовление
технического средства
Определение профиля
борозды
Отбор проб почвы
Разработка
концептуальной
модели ТС
Подготовка
испытуемой модели
бороздонарезчика к
испытаниям
Измерение объемов
вынесенной почвы
Подготовка проб и
рабочего места
Измерение объемов
осыпавшейся почвы
Определение
гранулометрического
состава почвы
Формирование
технического облика
машины
Имитационный
эксперимент
оптимизации рабочего
органа
Проведение полевых
испытаний
бороздонарезчика
Обработка полученых
данных
Определение
дальности разлета
частиц
Обработка результатов
исследования
Обработка результатов
измерений
Моделирование
движения частицы
почвы
Обработка результатов
исследования
Рисунок 7 – Основные направления экспериментальных исследований
В процессе исследования были созданы макетные образцы различных модификаций
бороздонарезчиков, в т.ч. одно-, двух-, четырехрядные модели (БР-1, БР-2, БР-4) и консольного типа (БРК-1), которые проверялисьв различных производственных условиях.
Полевые испытания проводились в соответствии с ГОСТ 20915-2011 «Испытания
сельскохозяйственной техники. Методы определения условий испытаний».
Опыты проходили в три этапа:
1. угол установки рабочего органа относительно оси вращения α=900;
2. угол установки рабочего органа относительно оси вращения α=850;
3. угол установки рабочего органа относительно оси вращения α=800.
На рисунке 8 показаны фрагменты испытаний универсального бороздонарезчика (для
наглядности защитный кожух снят).
а)
б)
в)
Рисунок 8 – Фрагменты испытаний универсального бороздонарезчика:
а – узкая борозда (α=900), б – средняя борозда (α=850), в – широкая борозда (α=800)
13
Качество технологического процесса оценивали путем определения поперечного
профиля нарезаемых борозд при различной установке угла (α) плоскости рабочего органа к
оси вращения. При определении габаритных характеристик определялись глубина (Н), ширина вверху (а) и внизу (b) нарезаемых борозд, а также ширина (d) и высота (h) образовавшегося вала почвы и величину осыпавшегося на дно канавы слоя почвы (е) (рисунок 9а).
а)
б)
Рисунок 9 – Определение профиля нарезаемой борозды:
а – габаритные характеристики борозды; б – установка профилометра
Профиль нарезаемых борозд определяли с помощью специального профилометра (рисунок 9б), представляющего собой двухметровую линейку с отверстиями, нанесенной разметкой по ее длине и набором штырей. Отверстия в линейке располагаются с шагом 5 см.
Для проведения измерений профилометр устанавливали на двух ножках поперек борозд, в
отверстия вставляли штыри до соприкосновения с почвой. Высотное положение штырей
полностью повторяет микрорельеф створа профилометра. Измерение проводилось металлической линейкой, с точностью 1 см.
Условия проведения опытов характеризовались абсолютной влажностью, плотностью
и агрегатным составом почвы. Для этого были взяты пробы из слоя почвы 0-20 см, 20-40 см
и из смеси взрыхленной почвы на дне борозды и образовавшегося вала земли.
Измерение глубины и ширины нарезания борозды, а также гребнистости, т.е.
образование насыпного вала, проводили по ГОСТ 33687 - 2015. Машины и орудия для поверхностной обработки почвы. Методы испытаний.
При определении
гранулометрического состава почвы после прохода
бороздонарезчика использовался ситовой метод. (ГОСТ 12536-79. Грунты. Методы
лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава).
Для получения более точных результатов, пробы для исследования отбирались в трех местах
с верха борозды (валы, гребни) и со дна борозды (осыпь) в точках указаных на схеме
(рисунок 10).
Рисунок 10 – Схема мест забора проб почвы
14
При определении гранулометрического состава почвы использовались следующие
средства:
 набор сит с размерами отверстий: 0,25; 0,5; 1; 3; 5; 7; 10 мм;
 весы лабораторные электронные с относительной погрешностью взвешивания
не более 0,01%;;
 весы технические с относительной погрешностью взвешивания не более 0,1%;
 шкаф сушильный;
 лопатка;
 линейка;
Рисунок 11 – К методике определения гранулометрического состава почвы
В четвѐртой главе «Результаты экспериментальных исследований» установлены
размерные характеристики борозд при различной установке угла фрезерного рабочего органа
относительно оси вращения.
Для подтверждения теоретических исследований и актуальности применения универсальной конструкции бороздонарезчика с рабочим органом, изменяющим угол установки относительно оси вращения (рисунок 12), на опытных полях ФГБНУ «ФНЦ им. И.В. Мичурина» были проведены полевые испытания.
а)
б)
в)
г)
д)
Рисунок 12 – Универсальный бороздонарезчик сельскохозяйственного назначения
с рабочим органом, изменяющим угол установки относительно оси вращения:
а – общий вид; б – узел регулирования ширины траншеи; в – рабочий орган;
г – привод рабочего органа; д – узел регулирования глубины траншеи.
Исследованиями установлено, что универсальный бороздонарезчик при разных углах
установки рабочего органа проводит нарезку посадочных борозд со следующими параметрами (таблица 3):
15
Таблица 3 – Параметры нарезаемых борозд
Величина угла установки рабочего
органа к оси вращения
900
850
800
Н
32
28
27
Габаритные характеристики борозды
а
b
d
h
е
19
11
55
5
2
30
17
63
12
4,1
57
38
52,5
12,7
3,3
По среднеарифметическим данным, были построены модели поперечных профилей,
полученные при разном угле установки рабочего органа.
Размер по высоте, см
а)
б)
в)
Размер по ширине, см
Рисунок 13 – Поперечные профили нарезаемых борозд
при различных углах установки рабочего органа:
а – узкая борозда (α=900), б – средняя борозда (α=850), в – широкая борозда (α=800)
На основании анализа результатов получим следующие данные (таблица 4): средний
объем почвы выносимый на левую (
) и правую (
) сторону траншей, средний объем
почвы оставшейся и осыпавшейся в траншеи (
), среднее расстояние выноса почвы на
поверхность (
) среднее расстояние максимального выноса почвы из траншей
(
)
Таблица 4 – Данные замеров поперечных профилей борозд
Данные замеров
№
Вид борозды
3
,м
п/п
, м3
, м3
1
2
3
Узкая (α=900)
Средняя (α=850)
Широкая (α=800)
0,018
0,02
0,055
0,018
0,02
0,033
0,0038
0,01
0,013
, см
80
83
83
,
см
57
53
43
С увеличением угла поворота фрезерного диска, а соответственно с увеличением
ширины борозды, растут и объемы почвы, выносимые из траншеи. Величина грунта выносимая на левую и правую сторону одинакова у узкой и средней траншеи, что говорит о
равномерности перемещения грунта. Исключение составляет широкая траншея у которой
16
вынос почвы на левую сторону больше на 40% чем на правую. Это происходит вследствии того, что ось вращения диска имеет большее отклонение от направления движения
агрегата. Кроме того не стоит исключать то, что рабочий орган расположен справа от
трактора. Происходит изменение траектории полета частиц из-за ударов отражения о
плоскости трактора.
Если рассматривать среднее расстояние выноса почвы на поверхность, то оно практически неизменно при любом положении фрезерного диска. Отличия наблюдаются, если рассматривать среднее расстояние максимального выноса почвы из траншей. С увеличением
ширины траншеи, оно хоть и незначительно, но уменьшается. Этому способствует также
угол наклона фрезерного диска, так как изменяется траектория полета частиц. По данным
эксперимента наименьшее значение расстояния максимального выноса почвы наблюдается
при угле α=800 (широкая борозда), а так как большая часть грунта сосредоточена возле
траншеи, что значительно упрощает засыпку корневой системы после посадки.
Объем осыпи на дне траншеи увеличивается с изменением угла поворота рабочего органа. Если рассматривать плоскость поверхности земли, то с поворотом рабочего органа увеличивается расстояние между ножами, уменьшая вынос и увеличивая осыпаемость грунта.
Это подтверждают данные испытаний. Наименьший объем осыпи наблюдается в узкой
траншее, который увеличивается в средней, и еще более в широкой борозде.
Анализ показал, что при диаметре фрезы бороздонарезчика 1500 мм небольшое изменение положения плоскости фрезы относительно оси вращения приводит к значительному
изменению ширины борозды (таблица 5).
Таблица 5 – Изменение ширины борозды при изменении угла установки фрезы.
Угол установки фрезы, град.
80
85
87,5
Ширина борозды, мм
110
160
365
Эффективный диаметр фрезы, мм
1500
1485
1475
Уменьшение глубины борозды, мм
0
7
12
90
490
1462
19
Так при изменении угла поворота фрезы от 0 0 до 100 ширина траншеи увеличивается
до 490 мм, что находится в пределах агротехнических требований. Однако, при этом эффективный диаметр фрезы уменьшается с 1500 мм до 1462 мм, а глубина траншеи уменьшается на 19 мм. Таким образом, при регулировании ширины борозды одновременно требуется учитывать положение фрезы по глубине. Увеличение ширины борозды от 0 0 до 100
вызывает необходимые регулировки опускания фрезы для получения заданной глубины
траншеи до 19 мм.
Анализ агрегатного состава взрыхленной универсальным бороздонарезчиком почвы,
взятой из вынесенных слоев борозды, представлен на гистограммах (таблица 6).
Таблица 6 – гранулометрический состав обработанной почвы
Гранулометрический состав почвы после обработки рабочим органом с установкой 900
(а – верх канавы, б – дно канавы)
а
б
17
Окончание таблицы 6
Гранулометрический состав почвы после обработки рабочим органом с установкой 850
(а – верх канавы, б – дно канавы)
а
б
Гранулометрический состав почвы после обработки рабочим органом с установкой 800
(а – верх канавы, б – дно канавы)
а
б
Установлено, что основной размер частиц взрыхленной почвы во всех трех случаях
ширины борозд соответствует фракции 1-3 мм.
Для более полного исследования величины частиц почвы был определен эквивалентный диаметр частиц, который рассчитывается как среднеарифметическое значение их диаметров в объеме материала:
∑к
(15)
э
где: – среднее значение диаметра частиц; -го класса;
- процентное содержание i-го класса в пробе по весу;
к – число классов.
Таблица 7 – Расчет эквивалентного диаметра частицы почвы
Количество фракций (мм), %
Место
№
отбора
до
свыше
0,25…0,5 0,5…1 1…3 3….5 5…7 7…10 10…50
пробы
0,25
50
1
1
2
3
4
5
2
Узкая
борозда (дно)
Узкая
борозда (верх)
Средняя
борозда (дно)
Средняя
борозда (верх)
Широкая
борозда (дно)
3
4
5
1,59
5,89
3,72
1,25
3,46
2,07
6
10
11
12
36,16 12,98 9,19 15,28
15,18
0
7,7
1,61
41,07 18,47 7,48 12,44
14,22
0
7,4
5,13
1,92
31,89 13,05 8,4
18,09
19,45
0
9,1
0,97
3,75
3,07
33,44 12,65 8,12
17,7
20,3
0
9,3
0,71
3,67
2,26
34,39 12,53 8,42 17,88
20,14
0
9,3
18
7
8
9
d э,
мм
Окончание таблицы 7
1
2
3
Широкая
6
0,07
борозда (верх)
Междурядие
7
0,02
(0…20 см)
Междурядие
8
0
(20…40 см)
4
5
0,74
2,31
0,3
0,02
6
7
8
10
11
12
32,28 14,32 8,85 20,53
20,89
0
9,8
0,98
16,52 7,66 5,28 14,01
21,42
33,8
25,5
0,22
9,09
15,79
56,05
34,2
5,32 3,71
9
9,8
По результатам полевых испытаний можно сделать вывод, что применение в данной
модели универсального бороздонарезчика активного рабочего органа, способного изменять
угол установки относительно оси вращения, позволяет нарезать посадочные борозды с различными размерными характеристиками. Таким образом, универсальный бороздонарезчик
пригоден для применения при закладке маточников, питомников, садов и ягодников.
Объемы и форма выноса почвы за пределы траншеи и дальность разлета частиц
находится в допустимых пределах и не создает трудностей при засыпке корневой системы
уложенных саженцев и подвоев.
Небольшая величина осыпи на дне траншеи незначительно влияет на ее глубину, зато
создаются благоприятные условия для успешной приживаемости растений, так как корни
ложатся на заранее разрыхленную почву.
При проведении технологического процесса нарезания борозд, основная масса обработанной почвы соответствует фракции 1…3 мм, что обеспечивает более плотное прилегание земли к корневой системе при посадке, повышая степень приживаемости саженцев.
В пятой главе «Технико-экономические показатели. Оценка технического уровня и конкурентоспособности» рассчитаны технико-экономические показатели бороздонарезчика. Расчет производится по методу поэлементного суммирования затрат на изготовление новой машины.
Затраты, образующие стоимость изготовление опытного образца, группируются в соответствии с их экономическим содержанием по следующим статьям:
1. затраты на покупные изделия и материалы;
2. затраты на оплату труда;
3. начисления на заработную плату;
4. прочие расходы;
5. накладные расходы.
Расчет стоимости изготовления предлагаемой конструкции бороздонарезчика БРК-1
приведен в таблице 8.
Таблица 8 – Расчет стоимости изготовления БРК-1
№
Статья расходов
1. Материалы и покупные изделия
2. Заработная плата
3. Начисления на з/п 1(30.2% п. 1)
4 Итого затраты на изготовление
5. Затраты на подготовку производства
6. Прочие (неучтенные) расходы (5% п. 5)
7. Итого прямых затрат
8. Накладные расходы (60% п. 7)
9. Всего затрат
10. Коммерческая себестоимость (+5% к п. 9)
11. НДС (18% к п. 10)
12. Проектная цена изделия
Стоимость готовой продукции (+20% к п. 12)
19
Обозначение
М+Р
3OСН
ЗДОП
СИЗГ
Ср
ПРАС
Ср +ПРАС
НР
СОП
СКОМ
НДС
ЦПР
СП
Затраты, руб.
155751
22029
6652,76
184432,76
20000
1000
21000
12600
218032,76
228934,4
41208,2
270142,6
324171,1 (325000)
В соответствии с существующей методикой (Смагин Б.И, Математические методы и
модели в аграрном секторе экономики / Актуальные проблемы науки и образования. Сборник статей по итогам научно-исследовательской и инновационной работы Социально-педагогического института ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ. Мичуринск, 2017. с. 225235.) сравнение показателей рекомендуемого БРК-1 и импортных машин проводится по базовому интегральному показателю, включающего технологические характеристики (ширина
и глубина борозды) и стоимость машин (таблица 9).
Таблица 9 – Базовые технико-экономические и технологические показатели сравниваемых
машин
Наименование
Фрезы
Фрезы
Фреза FSS-35
Бороздонарезчик
№
базовых
AGROFER VIMAS Revo
Warka
БРК-1 (Россия)
показателей
(Италия)
(Италия)
(Польша)
1 Тип машины
навесная
2 Агрегатирование
трактор кл. 0,9 – 1,4 кН
трактор кл. 1,4
3 Потребляемая мощность,
не более 35
не более 30
не более 35
кВт
4 Рабочая скорость, км/час
до 5
5 Ширина борозды, м
0,25-0,4
0,25-0,55
0,25-0,55
0,1-0,5
6 Глубина борозды, м
до 0,25
до 0,1-0,4
до 0,35
до 0,5
7 Стоимость (2018 г.), руб.
720000
680000
350000
325000
Сравнительный анализ по базовому интегральному показателю, выявил приоритет
бороздонарезчика БРК-1 по стоимостным показателям (стоимость машины по ценам 2018 г.
составляет 325000 руб.) и более расширенному диапазону технологических характеристик
(ширина борозды составляет 0,1-0,5 м и глубина до 0,5 м), при равенстве других базовых показателей.
Основываясь на вышесказанном, можно сделать следующий вывод: бороздонарезчик
БРК-1 по уровню качества и конкурентоспособности соответствует лучшим достижениям и
требованиям международных стандартов (градация С по РД 50-451-84).
Шестая глава «Технико-технологические требования к бороздонарезчикам». В
связи с отсутствием в настоящее время в России технико-технологических требований к бороздонарезчикам и на основании существующих требований к почвообрабатывающим и другим машинам, работающим в промышленном садоводстве, результатах теоретических и экспериментальных исследований сформулированы основные показатели техникотехнологических требований к бороздонарезчикам (по терминологии ГОСТ Р 54783-2011
«Испытания сельскохозяйственной техники. Основные положения»)
Технико-технологические требования к бороздонарезчикам
На основе анализа представленных данных сформированы основные показатели технико-технологических требований к бороздонарезчикам для работ в промышленном садоводстве (по терминологии ГОСТ Р 54783-2011 «Испытания сельскохозяйственной техники.
Основные положения»)
1. Технологический процесс:
1.1. Обустройство борозд под посадку саженцев плодовых культур, ягодных кустарников и черенков клоновых подвоев.
2. Показатели условий применения технологического процесса:
2.1. Все зоны возделывания промышленных садов, ягодных кустарников, маточников
вегетативно размножаемых подвоев яблони и питомников на участках, расположенных на
равнинах и склонах с уклоном до 20 и на почвах всех типов.
2.2. Предшествующая технологическая операция – осенняя (зяблевая) основная обработка почвы (плантажная вспашка, безотвальное глубокое рыхление) с последующей обработкой дисковыми боронами.
20
3. Показатели качества выполнения технологического процесса:
3.1. Количество нарезаемых борозд 1,2,4. Форма борозды прямоугольная. Допускается
незначительное расширение борозды к верху за счѐт осыпания еѐ стенок.
3.2. Расстояние между нарезаемыми бороздами определяется требованиями на посадку. Минимальная ширина междурядий 0,7 м.
3.3. Ширина борозды: при посадке саженцев плодовых до 0,5 м; при посадке ягодных
кустарников до 0,3 м; при посадке черенков клоновых подвоев 0,1-0,15 м.
3.4. Глубина борозды: при посадке саженцев плодовых деревьев до 0,5 м; саженцев
слаборослых плодовых деревьев 0,25-0,3 м; ягодных кустарников 0,2-0,3 м; черенков клоновых подвоев 0,2-0,3 м.
3.5. Отклонение от заданной глубины борозды не должно превышать 15%.
3.6. Допускается осыпание измельченной почвы на дно борозды, но не более 15% от
заданной глубины.
3.7. Разрушение стенок борозды после прохода машины не допускается.
3.8. Извлечѐнная из борозды почва должна располагаться в непосредственной близости от борозды для последующего перемещения обратно в борозду.
3.9. Степень крошения извлекаемой из борозды почвы должна удовлетворять следующим условиям:
 количество комков размером от 1 до 10 мм составляет не менее 55%;
 наличие комков размером более 50 мм не допускается.
Согласно технико-технологических требований на обустройство посадочных мест (в
нашем случае борозд) вновь разрабатываемая машина (пилотное название – бороздонарезчик) должна обеспечивать выполнение следующих технологических операций:
 рыхление почвы в зоне посадочного места (борозды);
 перемещение разрыхленной почвы из зоны борозды на поверхность, с разбросом
не более 85 см от оси борозды.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Разбивка мест и посадка подвоев в питомниках и саженцев в саду является одной из
важных операций при организации питомников и садов. Наиболее прогрессивный метод –
посадка плодовых и ягодных растений в предварительно нарезанные борозды. В России для
механизации нарезки борозд машины не выпускаются, а зарубежные весьма дороги и имеют ряд
недостатков. Поэтому возникает необходимость в разработке специализированной машины –
бороздонарезчике и определении типа рабочего органа для создания борозды с разными
размерными характеристиками. Анализ существующих машин для обработки почв показал, что
более всего требованиям технологии нарезки борозд отвечает рабочий орган в виде дисковой
фрезы с ножами и горизонтальной осью вращения, имеющей возможность регулирования угла
установки диска фрезы относительно оси. В результате этого появляется возможность
регулирования параметров борозды в соответствии с агротехническими требованиями.
2. На основании теоретических исследований процесса взаимодействия фрезерного
рабочего органа с изменяемым углом установки относительно оси вращения с почвой и
моделирования движения почвы по ножу и после отрыва от ножа установлено, что частицы
почвы совершают сложное движение в трех плоскостях: по ходу движения трактора (ось Х),
вертикально (ось Y) и в сторону от оси борозды (ось Z). Траектории имеют вид параболы,
параметры которых зависят от конструктивных особенностей и режимов работы фрезы.
Анализ результатов теоретических исследований, объемного моделирования и
экспериментальных исследований показал, что наиболее эффективным приемом при нарезке
борозд является обратное фрезерование почвы («снизу-вверх»), что обеспечивает
качественное крошение почвы и вынос разрыхленной почвы из борозды. Максимальный
разброс почвы от оси борозды достигает 830 мм при угле установки фрезы 800. Величину
разброса можно уменьшить за счет специально установленных щитков, что позволит снять
проблему возврата почвы при посадке.
21
3. Исходя из технологических требований к посадке плодовых и ягодных растений, в
первую очередь на слаборослых подвоях, наиболее целесообразно диаметр диска с
закрепленными ножами определять в 1500 мм., угол установки диска изменять в пределах 900800, обороты фрезы установить 120 об/мин. В этом случае возможно получить качественную
борозду с шириной от 110 до 490 мм, глубиной до 500 мм. При этом «эффективный» диаметр
фрезерного диска уменьшается на 40 мм при угле установки 800 и, следовательно, необходимо
«дозаглублять» ее с целью получения борозды заданного параметра.
4. Использование методов объемного проектирования при компьютерном обеспечении
позволило установить, что для нарезки траншей в почве сельскохозяйственного назначения
ножи целесообразно устанавливать под углом 200-250. При этом соблюдается требуемое
качество технологического процесса (размеры борозды), основной размер частиц взрыхленной
почвы находится в пределах 1-3 мм, что обеспечивает более плотное прилегание земли к
корневой системе при посадке, повышая степень приживаемости саженцев.
5. Сравнительный анализ по базовому интегральному показателю, включающего
технологические характеристики (ширина и глубина борозды) и стоимость машин выявил
приоритет предлагаемого бороздонарезчика по стоимостным показателям (325000 руб.) и более
расширенному диапазону технологических характеристик (ширина борозды составляет 0,1-0,5 м
и глубина до 0,5 м), при равенстве других базовых показателей. Т.е. предлагаемая конструкция
бороздонарезчика по уровню качества и конкурентноспособности соответсвует лучшим мировым
достижениям и требованиям международных стандартов (градация С по РД 50-451-84).
6. Разработаны и предложены технико-технологические требования на бороздонарезчики для промышленного садоводства.
Рекомендации производству
Полученные результаты рекомендуется использовать при проектировании и изготовлении аналогичных технических средств для нарезки борозд под посадку саженцев и подвоев
плодовых культур и ягодных кустарников.
Перспективы дальнейшей разработки темы
В связи с дальнейшим совершенствованием технологий посадки и возделывания плодово-ягодных культур, продолжить работы по универсализации машины к разным технологиям и культурам, в т.ч. количеству рабочих органов и расстояния между ними, определения
возможности для использования в овощеводстве.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК
1. Ибраев, А.С. Бороздонарезчики для закладки садов и работы в маточниках /
А.С. Ибраев // Вестник мичуринского ГАУ. – Мичуринск, 2016. – № 3 – С. 187-192.
2. Ибраев, А.С. Исследование движения рабочего органа бороздонарезчика, работающего
по принципу «качающаяся шайба» / А.С. Ибраев, А.С. Гончаров // Вестник мичуринского
ГАУ. – Мичуринск, 2018. – № 1 – С. 144-150.
3. Завражнов, А.А. Проблемы и перспективы в садоводческой отрасли Казахстана /
А.А. Завражнов, А.И. Завражнов, В.Ю. Ланцев, А.С. Ибраев // Агропродовольственная политика России. – 2018. – № 5. – С. 47-51.
Публикации в сборниках докладов и материалах международных
научно-практических конференций, и других изданиях
4. Завражнов, А.И. Результаты полевых испытаний серийного бороздонарезчика типа
МНБ-4 / А.И. Завражнов, А.А.Завражнов, Ж.К.Кубашева, А.С. Ибраев // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 20-летию Конституции Республики Казахстан и Ассамблеи народа Казахстана «Наука и образование XXI века: опыт и перспективы» Часть II. – Уральск: Зкату им. Жангир хана, 2015. – С. 351-356.
5. Завражнов, А.И. Инновации в промышленном садоводстве. Механизация посадки
черенков, сеянцев и саженцев плодовых и ягодных культур / А.И. Завражнов, А.А. Завражнов,
22
В.Ю. Ланцев, А.С. Ибраев // Материалы международной научно практической конференции
приуроченной к 85-летию со дня основания института «Научные основы развития современного
садоводства в условиях импортозамещения». – Мичуринск: МичГАУ, 2016. – С. 161-167.
6. Мацнев, Д.А. Применение интеллектуальной техники в садоводстве / Д.А. Мацнев,
А.С. Ибраев // Материалы международной научно-практической конференции «Интеллектуальные технологии и техника в АПК». – Мичуринск: МичГАУ, 2016. – С. 37-44.
7. Ланцев, В.Ю. Комплекс технических средств для питомниководства / В.Ю. Ланцев,
А.И. Завражнов, А.А. Завражнов, А.С. Ибраев // Материалы международной науч.-практ. конф.
«Интеллектуальные технологии и техника в АПК». – Мичуринск: МичГАУ, 2016. – С. 298-304.
8. Ланцев, В.Ю. Технология и техническое средство для закладки маточного отделения вегетативно размножаемых подвоев / В.Ю. Ланцев, А.С. Ибраев // Материалы Всероссийской науч.-практ. конф., посвященной памяти ученого-садовода, доктора сельскохозяйственных наук, профессора, лауреата Государственной премии РФ, заслуженного деятеля
науки РСФСР В.И. Будаговского «Перспективы развития интенсивного садоводства». – Мичуринск: МичГАУ, 2016. – С. 232-237.
9. Ланцев, В.Ю. Машины для посадки подвоев и саженцев плодовых деревьев /
В.Ю. Ланцев, А.И. Завражнов, А.А. Завражнов, А.С. Ибраев // Материалы науч.-практ. конф.
«Научно-практические основы ускорения импортозамещения продукции садоводства». – Мичуринск: МичГАУ, 2017. – С. 286-288.
10. Завражнов, А.И. Технические средства для подготовки участка под закладку маточника и питомника / А.И. Завражнов, А.А. Завражнов, В.Ю. Ланцев, А.С. Ибраев // Материалы международной науч.-прак. конф., посвященной 70-летию со дня образования РУП
«НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства «Научно-технический прогресс в
сельскохозяйственном производстве». – Минск, 2017. – С. 298-304.
11. Завражнов, А.И. Проблемы и перспективы развития отрасли садоводства в Республике Казахстан / А.И. Завражнов, А.А. Завражнов, В.Ю. Ланцев, А.С. Ибраев // Вестник
Государственного университета имени Шакарима города Семей. – 2018. – № 1. – С. 184-188.
12. Завражнов, А.И. Технические средства для закладки маточников и питомников в
условиях садоводства Казахстана / А.И. Завражнов, А.А. Завражнов, В.Ю. Ланцев, А.С. Ибраев //
XIII Международная науч.-практ. конф. «Modern scientific potential», 28 февраля-7 марта
2018 г., г.Шеффилд (Англия). – С. 14-19.
13. Завражнов, А.А. Цифровое моделирование формирования технологических борозд
в садоводстве рабочим органом типа «качающаяся шайба» / А.А. Завражнов, А.С. Ибраев,
А.И. Завражнов, А.С. Гончаров, В.Ю. Ланцев // Материалы I международной науч.-практ.
конф. «Цифровизация агропромышленного комплекса». – Тамбов: ФГБОУ ВО «ТГТУ»,
2018. – С. 81-83.
14. Завражнов, А.А. Машины для нарезания технологических борозд в садоводстве /
А.А. Завражнов, А.И. Завражнов, В.Ю. Ланцев, А.С. Ибраев // Агропродовольственная политика России. – 2018. – № 3 – С. 40-44.
Отпечатано в издательско-полиграфическом центре
ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ
Подписано в печать 24.10.2018 г. Формат 60х84 1/16,
Бумага офсетная № 1. Усл.печ.л. 1,3. Тираж 100 экз. Ризограф
Заказ № 18740
_______________________________________________________________
Издательско-полиграфический центр
Мичуринского государственного аграрного университета
393760, Тамбовская обл., г. Мичуринск, ул. Интернациональная, 101,
тел. +7 (47545) 9-44-45
23
24
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
17
Размер файла
1 511 Кб
Теги
садоводство, универсального, бороздонарезчика, обоснование, промышленном, исследование, параметры
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа